1.1.5 Підсистема керування (пристрій завдання, регулюючий пристрій, виконавчий пристрій, вимірювальні пристрої). Поняття типової ланки системи керування.

Щоб можна було здійснити керування , об`єкт повинен мати керуючий або регулюючий орган , зміною положення або стану якого можна змінювати показники процесу. Якщо операції керування може здійснювати людина , то керування вважається ручним. Коли керування здійснюється автоматичним пристроєм , то керування називається автоматичним керуванням , а пристрій який його здійснює--автоматичним керуючим пристроєм або регулятором .

При опису керуючого пристрою КП (Рис.1.12) його зображують також у вигляді прямокутника з вхідними та вихідними сигналами , якими позначаються різноманітні сигнали, а перетворюючі властивості управляючого пристрою визначаються його оператором , який встановлює математичний зв`язок між вхідними та вихідними сигналами .

Рис. 1.13 Узагальнена схема керуючої підсистеми

Керуюча апаратура складається із блоків збору інформації, блоків переробки та видачі її у вигляді, здатному для безпосереднього використання у самому процесі. Таким чином керуючий пристрій (керуюча підсистема) описується у вигляді

, (1.10)

де –керуючі впливи; – вектор керування;

– контрольовані збуджуючі впливи;

– вектор контрольованих впливів;

– задаючи впливи;

– вектор завдання;

– змінні стану;

– вектор стану;

– цільова функція, яка визначає перетворюючий характер оператора керуючого пристрою.

Вимірювальні пристрої. В системах автоматичного керування для здобуття необхідної інформації про процес керування використовуються різноманітні вимірювальні пристрої, за допомогою яких забезпечується керування із заданою точністю. При цьому вимірювальні пристрої не тільки дають інформацію про фізичні параметри ( зміщення, швидкість, кутова швидкість, температура, тиск, частота, розхід субстанції, потік нейтронів, тощо ), але і перетворюють цю інформацію до вигляду, який зручно використовувати у конкретних системах керування.

Такі пристрої звуться давачами. Так для здобуття інформації про зміщення застосовуються, наприклад, потенціометричні здавачі, сельсини, обертаючі трансформатори, п’єзодавачі, індуктивні давачі, ємкісні здавачі, тощо. Для визначення швидкості обертання ( кутової швидкості ) використовуються тахогенератори, для вимірювання навантаження на вісь – моментні муфти, тощо.

Основним показником, який характеризує якість давача є його чутливість, тобто відношення вимірювальної величини або її прирощення до зміни вхідної величини або її прирощення , тобто або .

Підсилюючі пристрої. Сигнали, які видаються здавачами, у більшості випадків мають малу потужність. Тому для забезпечення керування реальними потоками субстанції необхідно мати відповідні потужності виконавчих механізмів. Для цього використовуються різноманітні підсилювачі, які можуть бути електричними, гідравлічними, пневматичними, тощо. При цьому підсилювачі повинні мати необхідні коефіцієнти підсилювання по потужності, мати лінійні характеристики, малі зони нечутливості та малі постійні часу. Якщо підсилювач має однакові одиниці виміру на вході та на виході, то кажуть про коефіцієнт підсилювання, якщо одиниці виміру будуть різні, то кажуть про коефіцієнт передачі, тобто .

Генератор постійного струменю ГПС. Генератори постійного струменю ГПС (Рис.1.13) застосовуються або як підсилювачі для керування двигунами постійного струменю ДПС. Навантаження ГПС , як правило, є активно-реактивним ( індукційним).

Розглянемо статичний режим роботи .

Без урахування реакції якоря напруга на виході буде

Рис.1.14 Генератор постійного струменю

Введемо позначення.

ЕДС генератора,

потік збудження [вб],

конструктивна стала,

число пар полюсів,

число активних провідників якоря (дорівнює подвоєному числу витків обмотки якоря),

число пар паралельних гілок обмотки якоря,

швидкість обертання якоря [об/хвилину],

опір ланцюгу якоря [ом],

індуктивність ланцюгу якоря [гн],

напруга збудження [в],

опір обмотки збудження [ом],

індуктивність обмотки збудження [гн],

струмінь збудження [а],

синхронний двигун.

-- МДС одного полюса.

Рис. 1.15 Характеристика намагнічування та навантаження

Хай Якщо виконати лінеаризацію у робочій точці, то здобудемо

або де .

Рівняння для ланцюга збудження ( при послідовному з’єднанню обмоток полюсів)

(*), де коефіцієнт, який враховує розсіювання магнітного потоку.

При цьому ЕДС генератора (**), де

Для ланцюга якоря та навантаження (***)

Сумісне рішення (*),(**),(***) дає рівняння динаміки генератора

,

де

Якщо ( при цьому часто мала і нею можна зневажити ), то

Виконавчі пристрої. Виконавчі пристрої є одним із останніх ланок в ланцюгу системи керування і використовуються для керування органами регулювання за допомогою яких змінюються співвідношення подачі керуючої субстанції на об’єкт керування. Ці пристрої повинні забезпечувати переуставку регулюючого органу з відповідною швидкістю та мати потрібний закон зміни керованої змінної у залежності від вхідних сигналів.

К якості виконавчих пристроїв використовуються електричні двигуни постійного та змінного струменю, гідравлічні серводвигуни, пневматичні сервоприводи, механічні передачі, тощо.

Пристрої коректування. Якщо ланцюг керування, складений з здавачів, вимірювальних пристроїв, підсилювачів, виконавчих органів та об’єкта керування, не забезпечує керування відповідним процесом із заданою точністю. То в систему необхідно включати деякі додаткові пристрої, які змінюють структуру і параметри системи та надають потрібні властивості всієї системи керування. Такі пристрої звуться коректуючими пристроями.

Як правило використовуються електричні, гідравлічні, пневматичні пристрої, за допомогою яких змінюються закони (алгоритми) керування. В останній час для цього все більш широке застосування знаходять цифрові пристрої ( контролери, мікропроцесори, цифрові обчислювальні машини, тощо), тобто цифрові регулятори. Коректуючи пристрої можуть включатися у систему як послідовно в канал керування, так і паралельно, або у ланцюг зворотних зв’язків.